[发明专利]一种用于金刚石膜抛光的等离子体刻蚀法及其产品

说明书

本发明公开了一种用于金刚石膜抛光的等离子体刻蚀法及其产品，属于金刚石膜制备与抛光技术领域。本发明采用微波化学气相沉积法沉积出初始金刚石膜，初始金刚石膜沉积完成后进行微波等离子体刻蚀，获得金刚石膜。本发明采用无接触法对金刚石膜抛光，选择性刻蚀(111)晶面锥顶，大幅度降低金刚石膜表面的粗糙度，可用于对金刚石膜光学镜头、热沉积金刚石膜等器件的抛光，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及金刚石膜制备与抛光技术领域，特别是涉及一种用于金刚石膜抛光的等离子体刻蚀法及其产品。

背景技术

金刚石是一种典型的多功能材料，具有极大的硬度、极好的化学稳定性、极低的摩擦系数、极高的弹性模量与热导率等众多优异物理化学性能，在能源、催化、传感器、航空航天、精密加工等诸多高新技术领域有良好的应用前景。然而天然金刚石储量极少且价格昂贵，常呈单颗粒状，加工难度大，多用作首饰等奢侈品消费领域，尤其是天然金刚石的产能和单颗粒特性难以满足高新技术领域对金刚石材料的实际需求。

化学气相沉积法(CVD)是制备金刚石膜的有效方法，特别是微波化学气相沉积法(MPCVD)因具有等离子体密度高、无电极污染等优势已成为制备高品质金刚石膜的主流方法。然而，当前制备出的金刚石膜粗糙度较大，难以符合当前高新技术领域的应用要求，例如在光学领域，金刚石膜的粗糙度必需足够低才能满足使用要求。如前所述，金刚石膜的抛光技术是当前材料领域的前沿课题。国内外常用的抛光方法有机械抛光、化学辅助机械抛光、热化学抛光、等离子束抛光、激光束抛光等，其中机械抛光与化学辅助抛光属于接触式抛光，在抛光过程中，由于机械接触，可导致金刚石膜表面出现裂纹，破坏金刚石膜的完整性；等离子束抛光由于离子束尺寸的限制，只能抛光小尺寸样品，激光抛光通常不能获得光滑表面，多用于金刚石膜的粗抛光。在金刚石膜的抛光处理方法上，非接触抛光大都采用等离子束溅射刻蚀降低粗糙度，设备成本高，未见采用普通等离子球对金刚石膜选择刻蚀来降低金刚石膜粗糙度的方案，因此研发一种避免抛光过程中金刚石膜的破裂、大幅度降低金刚石膜粗糙度的等离子体刻蚀方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于金刚石膜抛光的等离子体刻蚀法及其产品，通过对金刚石膜抛光，得到了粗糙度低的金刚石膜，克服了其他等离子体刻蚀金刚石膜时晶界优先被刻蚀的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种用于金刚石膜抛光的等离子体刻蚀法，具体步骤包括：采用微波化学气相沉积法沉积出初始金刚石膜；初始金刚石膜沉积完成后进行微波等离子体刻蚀，获得金刚石膜。

进一步地，所述微波化学气相沉积法在硅衬底上进行沉积。

进一步地，所述微波化学气相沉积法的气氛为H₂：350～450sccm，CH₄：8～12sccm。

进一步地，所述微波化学气相沉积法的压强为12～15kPa，温度为800～900℃，时间为4.5～5.5h。

进一步地，所述金刚石膜的厚度为微米级或纳米级。

进一步地，所述微波等离子体刻蚀的气氛条件由氩气和氢气组成。

进一步地，所述氩气和氢气的体积比为(5～34):100。

进一步地，所述氩气流量为20～100sccm。

进一步地，所述微波等离子体刻蚀的压强为12～16kPa，温度为600～900℃，时间为20～80min。

本发明还提供了一种所述用于金刚石膜抛光的等离子体刻蚀法制得的金刚石膜。

本发明公开了以下技术效果：